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Cellula

Che cos'è e come è fatta una cellula?

La cellula è la più piccola struttura definibile come vivente, nonché l’unità morfo-funzionale di ciascun organismo.

Il nome deriva dalla struttura delle cellule del sughero, che apparvero agli occhi del suo primo scopritore Robert Hooke come simili alle celle di un convento di monache.

La cellula rappresenta uno spazio allo stesso tempo separato dall’ambiente esterno e in contatto con esso; la presenza di una membrana cellulare divide infatti l’ambiente cellulare da quello esterno ma meccanismi di trasporto sia attivo che passivo permettono lo scambio si sostanze necessario all’acquisizione dei nutrienti, all’eliminazione degli scarti metabolici  e al mantenimento del giusto equilibrio tra le varie sostanze disciolte nel liquido che riempie lo spazio cellulare, detto citosol.

In linea generale tutti i tipi di cellule condividono delle caratteristiche comuni: la membrana cellulare, che è selettivamente permeabile; la presenza, al proprio interno, di materiale genetico che dirige, attraverso la produzione di enzimi e altri acidi nucleici, il funzionamento di tutti i processi biochimici necessari al mantenimento della cellula stessa; la capacità di riprodursi.

Allo stesso tempo esiste una grande diversificazione di tipi di cellule: la prima grande distinzione può essere fatta tra cellule procariotiche e cellule eucariotiche.

La cellula procariotica

I procarioti sono organismi unicamente unicellulari, le cui cellule hanno una organizzazione relativamente semplice (confrontata con le cellule eucariotiche).

A questa categoria appartengono i batteri, gli archeobatteri, i cianobatteri e le proclorofite.

Il rivestimento della cellula, nei procarioti, non si esaurisce con la membrana cellulare, ma questa è quasi sempre avvolta da una parete (parete cellulare) formata da un polimero detto peptidoglicano talvolta inserito in una capsula; l’organizzazione degli strati di peptidoglicano varia molto tra batteri gram-positivi e batteri gram-negativi.

Le dimensioni di una cellula procariotica sono tipicamente comprese tra 1 e 10 micron e il DNA è disciolto nel citoplasma in una zona della cellula che prende il nome di nucleoide. Non è quindi presente un vero e proprio nucleo con una propria membrana.

In generale non sono presenti organuli cellulari fatta eccezione per i ribosomi e le reazioni chimiche avvengono nel citoplasma.

La riproduzione nelle cellule procariotiche può avvenire per scissione binaria e per gemmazione, quindi è di tipo asessuale. Esiste però la possibilità di uno scambio genico tra individui mediante il processo della coniugazione.

Il DNA dei procarioti è presente sotto forma di un unica molecola circolare, quindi molto più semplice di quello degli eucarioti.

Esempio di cellula procariotica

Figura 1: Esempio di cellula procariotica.

La cellula eucariotica

Rispetto alla cellula procariotica, la cellula eucariotica è decisamente più grande e complessa, e l’organizzazione degli organismi che presentano questo tipo di cellule può essere unicellulare ma anche pluricellulare.

La parete cellulare è presente in genere nelle cellule vegetali e nei funghi, mentre è assente negli animali.

Gli organismi unicellulari eucarioti sono definiti protisti, a questa categoria appartengono i protozoi e le alghe unicellulari eucariotiche. A dire il vero, nel mondo unicellulare, la distinzione tra vegetali e animali è complicata e non sempre possibile.

Caratteristiche proprie di entrambi i gruppi possono infatti essere ritrovate simultaneamente in molte specie, che possiedono magari la mobilità e attività normalmente associate agli organismi animali e caratteristiche trofiche (autotrofia) che invece sono generalmente associate al regno vegetale.

In altri casi sono le stesse caratteristiche trofiche a rendere incerta la collocazione, poiché molti organismi unicellulari eucariotici possiedono sia una componente autotrofica che una eterotrofica.

Dal punto di vista morfologico la cellula eucariotica è caratterizzata dalla presenza di un nucleo ben distinto, separato dal citoplasma mediante una membrana nucleare.

All’interno del nucleo il DNA è associato a proteine dette istoni che condensano le molecole di DNA formando un complesso noto come cromatina.

La cromatina può essere maggiormente condensata, impedendo la trascrizione dei geni e quindi la loro espressione, o più lenta in modo da rendere il DNA accessibile alle rna-polimerasi. Nel primo caso si parla di Eterocromatina, nel secondo di Eucromatina.

Particolari organuli cellulari poi concentrano in determinate zone della cellula l’esecuzione di precise funzioni: i mitocondri sono responsabili della respirazione cellulare. Questi organuli sono probabilmente il prodotto di un fenomeno di endosimbiosi per cui una cellula procariotica in grado di realizzare l’apparato biochimico necessario alla respirazione cellulare è stata inglobata in una cellula eucariotica e trasferita di generazione di generazione alla sua progenie. La conferma di tale ipotesi deriva dal DNA presente nei mitocondri, che è differente da quello nucleare ed ha le caratteristiche del DNA batterico.

Lo stesso discorso può essere fatto per i cloroplasti, ossia gli organuli deputati alla fotosintesi clorofilliana presenti nelle cellule eucariotiche fotosintetiche.

In questo caso l’evento di endosimbiosi può essere primario, secondario o terziario, vale a dire che si è generato attraverso l’assunzione diretta di un procariote fotosintetico, oppure l’assunzione di un organismo che a sua volta possedeva un cloroplasto primario o anche secondario.

I cloroplasti prodotti mediante endosimbiosi primaria hanno una sola membrana , quelli derivati da endosimbiosi secondaria ne hanno due e quelli derivati da endosimbiosi terziaria ne hanno tre, a testimonianza dei vari passaggi occorsi. 

All’interno dei cloroplasti sono presenti i pigmenti fotosintetici impacchettati in strutture sacciformi o tubulari dette tilacoidi.

I ribosomi sono concentrati sulla superficie citoplasmatica del cosiddetto reticolo endoplasmatico rugoso, sede quindi della sintesi proteica.

Le proteine prodotte dai ribosomi entrano nel lume del reticolo e vengono glicosilate, cioè trasformate in glicoproteine mediante l’aggiunta di catene di zuccheri.

Nel reticolo endoplasmatico liscio invece  avvengono numerose funzioni cellulari tra cui la sintesi dei lipidi utili per rinnovare tutte le membrane e il metabolismo dei carboidrati.

Nelle cellule eucariotiche è inoltre presente l’apparato di Golgi, una struttura formata da cisterne piatte avvolte da membrana coinvolte nella modifica delle catene glucidiche presenti sulle proteine provenienti del reticolo endoplasmatico.

Inoltre l’apparato del Golgi determina il destino intracellulare di molte molecole, indirizzandole verso altri organuli , inglobandole nei lisosomi o determinandone la secrezione extracellulare.

I lisosomi sono vescicole contenenti enzimi in grado di eseguire la digestione intracellulare di grosse sostanze organiche, siano esse proteiche, glucidiche, nucleiche o lipidiche.

La struttura tridimensionale della cellula è determinata dalla presenza di una complessa rete di tubuli proteici che formano una matrice detta citoscheletro.

I tubuli del citoscheletro partono dal nucleo e si diramano fino alla membrana cellulare, determinando la forma e le capacità di movimento della cellula stessa.

Il citoscheletro è inoltre coinvolto nella formazione del fuso mitotico durante il processo di divisione della cellula.

esempio di cellula eucariotica

Figura 2: esempio di cellula eucariotica.

Le cellule degli organismi pluricellulari si differenziano e specializzano mediante processi che avvengono durante lo sviluppo embrionale e possono associarsi a formare tessuti e organi.

I meccanismi con cui si determina questa differenziazione cellulare sono molteplici e associati alla distribuzione di sostanze chimiche nella cellula uovo e a fenomeni induttivi a cascata.

Talvolta cellule adiacenti sono in comunicazione diretta tra loro mediante la presenza di gap junction, cioè punti di connessione tra i citoplasmi, che può venirsi a creare in seguito alla divisione cellulare tra due cellule figlie o secondariamente come evento successivo o indipendente dalla divisione cellulare.

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